毫米波设计白皮书系列 | 优化射频压缩安装连接器的性能 下篇

摘要/前言

接上文：毫米波设计白皮书系列 | 优化射频压缩安装连接器的性能 中篇

基于建模和测量数据，本白皮书调查了错位和针脚压缩如何影响实际设计。它还解释了如何检测和避免问题，以优化性能并完成成功的设计。

在毫米波设计中，压缩安装连接器通常用于避免与焊接变化相关的问题。然而，在使用压缩安装连接器时，应考虑到针脚压缩以及错位对高频电气性能的潜在影响。

对于毫米波设计而言，压缩安装连接器相比焊接连接具有显著优势。例如，它们避免了回流焊可能导致的性能下降，能够实现高性能的毫米波频率，在印刷电路板（PCB）设计过程中提供了灵活性，具有高可靠性，并且可以重复使用。

上两期，我们以Ansys Mechanical结果以进行Ansys HFSS 电气仿真，并逐步研究了电气性的影响。

在最后一篇中，我们将针对错位和对准进行探讨，并在文末提供汉化完整版的下载链接。

关于错位的担忧

到目前为止，我们在本文中已经介绍了针脚压缩和PCB翘曲，但这些并不是使用压缩安装连接器时需要考虑的唯一参数。

压缩安装连接器的其余担忧与错位有关。压缩安装连接器可能出现三个自由度的错位：左右、前后和旋转（见图 12）。我们进行了研究，以确定这些类型的错位如何影响性能。

图 12：压缩安装连接器可能存在三种潜在类型的错位：左右、前后或旋转。我们的研究旨在确定这些类型的错位对电气性能的影响。

为了确定左右错位的影响，我们将2 mil和4 mil的错位与完美对准PCB焊盘的标称连接器进行了比较（见图 13）。在2 mil 偏移（红色曲线）处，与最佳位置（蓝色曲线）相比，阻抗和VSWR都有非常轻微的变化。当错位增加到4 mil（绿色曲线）时，阻抗下降，因为连接器本体与布线之间的耦合增加。这在阻抗曲线中非常明显，但VSWR的变化可以忽略不计。结果表明，左右错位引起的电气性能降低的敏感性非常低。

图 13：尽管将连接器从其最佳位置（蓝色曲线）移动到 2 mil 远的位置，但左右错位对 VSWR 的影响非常小。

接下来的步骤是检查前后错位。与之前的分析类似，我们首先进行了最佳放置，然后将连接器向后移动了4 mil，然后将连接器向前移动了4 mil。图 14 显示了性能影响。将连接器向焊盘后移动4 mil会显著影响阻抗曲线（红色曲线），表明具有更高的电感。这与频域中的显著反射相关，并严重影响了在整个操作频段内的VSWR，随着频率增加，VSWR也会增加。

如果我们将连接器向前移动，我们现在是朝着传输线移动了4 mil，远离焊盘。我们可以看到针脚和参考平面之间的耦合增加（TDR/阻抗曲线中的绿色曲线），左下角的VSWR开始在比之前观察到的更低的频率下下降，在65 GHz以上频率上出现显著的降低。结果表明对于前后错位存在较高的敏感性。

图 14：前后错位分析显示出比较高的敏感性，特别是当连接器向传输线移动时

第三种类型的错位是旋转错位。我们能够利用测量来进行此分析，因为可以看到微带从连接器中逸出（图 15），并确定任何错位。我们从一个标称情况（蓝色曲线）开始，并在图 16中将其与旋转错位（红色曲线）进行了比较。

图 15：与微带线正确对准的连接器（左）与旋转错位（右）的对比。

图 16：旋转错位导致了中频段电气性能的显著降低。

在阻抗曲线中的低谷（图 16 顶部中的红色曲线）与 VSWR 曲线中的中频段降低（图 16 底部中的红色曲线）相关联，大约在 20-30 GHz 左右。这表明对旋转错位存在一定的敏感性。

如何确保正确对准

虽然旋转错位相对容易观察到，但前后错位几乎不可能观察到，根据我们上面的分析，这是最敏感的参数。那么设计人员如何确保连接器针脚正确放置在焊盘上呢？

为此，Samtec 在连接器上增加了对准功能，这些功能呈现为Samtec垂直压缩安装连接器的角上的凹槽（见图 17）。这些凹槽与可以在PCB上蚀刻的基准标志配合使用。

图 17：Samtec 的垂直压缩安装连接器中的对准功能与基准标志配合使用，以确保与中心针脚对准。

具体来说，铜蚀刻在PCB的焊盘上进行定义的，然后在装配过程中将连接器对准该蚀刻（见图 18）。图 18 右下方的图像显示了连接器的安装位置。仔细观察，焊盘中心只有一个瑕疵，这意味着连接器第一次就被正确放置。由于正确的对准对电气性能至关重要，因此在连接器上具有对准功能可以确保可靠的性能。

图 18：使用基准标志（左下）结合 PCB 蚀刻（左上）使装配人员能够一次性正确放置连接器（右）。

验证性能

为了测试Samtec 0.8mm压缩安装连接器中的对准分析和对准功能的可靠性，最后一步是测量性能。结果显示，测量的性能与目标规格之间存在良好的余量（见图 19）。

图 19：上述结果使用自动夹具移除（AFR）对测量进行了隔离，以将连接器和 PCB 发射分离在 6 层 Tachyon 100G 的顶层上。黑色线条（左）显示了最大 VSWR 规格，表明连接器性能完全符合规格要求。

要点总结

在使用压缩安装连接器时，务必牢记以下关键要点：

机械针脚压缩可能会发生，但首先可能会发生PCB翘曲现象；

PCB翘曲可能导致电气性能下降；

为了达到最佳性能，请遵循推荐的安装扭矩，并进行目视检查以寻找翘曲情况，特别是在连接器边缘附近；

为了获得最佳性能和安装便捷性，请选择配备对准功能的压缩安装射频连接器。

完整白皮书下载

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